Ballon
’s Zomers wordt op Sicilië enkele malen een reusachtige ballon opgelaten voor metingen
in de stratosfeer. Aan de ballon hangt een gondel met verschillende meetinstrumenten.
Door de oostenwind, die dan op deze grote hoogte waait, komt de ballon na ruim een
etmaal boven Spanje aan. Daar laat men de gondel aan een parachute naar beneden
komen.
Voor een zekere ballonvaart wordt in een lege ballon op de grond een bepaalde
hoeveelheid helium gebracht. De ballon ziet er dan uit als een gigantische, niet goed
gevulde plastic zak.
Het heliumgas komt uit cilinders, die elk een volume van 0,075 m3 hebben.
De begindruk in deze cilinders is 2,1·107 Pa en de temperatuur is 25 °C.
Nadat de ballon is losgelaten, stijgt hij op tot een hoogte van 38 km.
Op deze hoogte is de ballon vanwege de lage luchtdruk volledig opgezwollen tot een bol
met een volume van 8,0·105 m3.
De druk in de ballon is dan 500 Pa en de temperatuur -43 °C.
Op deze hoogte is de zwaartekracht op de ballon iets kleiner dan aan het aardoppervlak.
Verwaarloos effecten ten gevolge van rotatie en afplatting van de aarde.
Op deze hoogte is de zwaartekracht op de gondel, de instrumenten en het helium
samen 2,8·104 N. De ballon is gemaakt van polyetheenfolie, dat vanwege de enorme
oppervlakte, ondanks de geringe dikte, een grote massa heeft. Het polyetheenfolie heeft
op deze hoogte de vorm van een bolschil, waarvan het volume V berekend kan worden
met de formule:
V = Π·D2·d
Hierin is:
- D de diameter van de bol;
- d de dikte van de bolschil.
De dichtheid van polyetheen bij -43 °C is 0,96·103 kg·m-3.
Op de ballon werkt een omhooggerichte kracht die door de omringende lucht wordt
uitgeoefend. Deze opwaartse kracht bedraagt op 38 km hoogte 5,9·104 N, juist voldoende
om de ballon met gondel en instrumenten op deze hoogte te laten zweven.
Bij helder weer is de ballon tot op grote afstand met het blote oog te zien. Een waarnemer
kijkt vanaf 50 km afstand naar de ballon. Het scheidend vermogen van een oog is zodanig,
dat twee punten onder een gezichtshoek van 0,01° nog juist afzonderlijk kunnen worden
waargenomen.
De waarnemer neemt een foto van de ballon. Zijn camera heeft een telelens met een
brandpuntsafstand van 250 mm.
De waarnemer heeft een bril met glazen waarvan de sterkte -5,0 dioptrie is. Zonder bril is
zijn nabijheidsafstand 11 cm. Met bril kan hij op het negatief minder details waarnemen
dan zonder bril.
Vervolgens bekijkt hij het negatief zonder bril met een loep. In figuur is één brandpunt
van de loep met de letter F aangegeven. Een gedeelte van de loop van twee lichtstralen
vanuit één punt van het negatief naar het oog is al op ware grootte getekend.
